بخشی از مقاله
خلاصه
موتور هیسترزیس، موتوری خاص و از خانواده ماشینهای سنکرون است. موتورهای هیسترزیس از خاصیت هیسترزیس مواد مغناطیسی برای ایجاد گشتاور استفاده میشود. رفتار هیسترزیسی مواد فرو مغناطیس در معرض میدانهای مغناطیسی، از آنجایی که میتواند علت بسیاری از پدیدهها در شبکههای الکتریکی باشد، بسیار حائز اهمیت میباشد.
در این مقاله مدل جایلزآترتون به عنوان یک مدل معتبر و کارآمد، برای مدلسازی معرفی شده است. هدف از انجام این تحقیق شبیهسازی ماشین هیسترزیس به روش جایلزآترتون میباشد. روش تحقیق توصیفی- تحلیلی و از نوع کاربردی میباشد. لذا در گام اول با استفاده از مطالعات کتابخانهای به بررسی مطالب کلی در خصوص ماشین هیسترزیس پرداخته شد.
در گام دوم با مطالعه تعدادی از پایاننامهها و مقالات داخلی و خارجی انواع روشهای مختلف مدلسازی هیسترزیس مورد بررسی قرار گرفت و به تشریح مدل هیسترزیس به روش جایلزآترتون و معادلات مرتبط با آن پرداخته شد و نهایتا در گام چهارم با استفاده از تجزیه و تحلیل دادههای به دست آمده نتیجهگیری نهایی صورت گرفت. در نتیجه این تحقیق، مدل جایلزآترتون یکی از محبوبترین مدلهای پسماند مغناطیسی است. که به طور گسترده برای مدلسازی ویژگیهای غیرخطی پسماند مغناطیسی استفاده میشود.
مزیت اصلی این مدل، ارتباط با پارامترهای فیزیکی مواد مغناطیسی است. این مدل فقط برای مواد ایزوتروپیک مناسب است ولی نوعی از این مدل، قادر به مدلسازی مواد مغناطیسی ناهمسانگرد نیز می باشد. از دیگر ویژگیهای مدل جایلزآترتون عبارتند از: .1ایجاد منحنی هیسترزیس براساس بردار اولیه، .2نشاندادن افزایش مغناطیسزدایی با فرکانس، .3افزایش تلفات انرژی در هر سیکل، .3ثابت تقریبی پسماند با فرکانس، .4دارا بودن مبنای فیزیکی بسیار رایج، .5کارایی بیشتر در بخشهای محاسبه زمان و تجهیزات حافظهای و .6رایجترین مدلهای تلفات آهن بر مبنای اصول فیزیکی میباشد که پدیده هیسترزیس را به کمک حرکت دیواره حوزه توصیف میکند.
.1 مقدمه
موتورهای هیسترزیس نوعی از موتورهای سنکرون خود راه انداز میباشند که قابلیتهای خوبی دارند. موتور هیسترزیس بدون قطبهای برجسته و بدون تحریک جریان مستقیم در روتور است و بنا به خاصیت تلفات هیسترزیس القائی ناشی از میدان گردان اولیه در ماده مغناطیسی هیسترزیس و در اثر پسماند مغناطیسی ثانویه، به طور عادی و با سرعت سنکرون دوران مینماید
موتورهای هیسترزیس معمولاً در رنج قدرت خروجی کمتر از یک اسب بخار استفاده میشوند.[3] موتور هیسترزیس از روتوری صاف، ساخته شده از مواد مغناطیسی سخت یا نیمه سخت با خاصیت پسماند مغناطیسی استفاده شده و سیم پیچی یا شیار در آن به کار نرفته. در حالی که استاتور آن از سیم پیچی با توزیع نزدیک به سینوسی ساخته شده است. از این جهت که در این موتور از سیم پیچی روتور استفاده نشده است.
این موتور شبیه موتور القائی است ولی بهعلت وجود پسماند مغناطیسی این موتور توانایی چرخش در سرعت سنکرون را دارد و نیازی به لغزش غیر صفر برای امکان ایجاد گشتاور در آن نیست و شبیه به موتور سنکرون مغناطیس دائم میباشد ولی ماده مغناطیسی در آن خام بوده و دو قطب آن در جهتی خاص همراستا نشده اند.
.1-1ضرورت تحقیق:
موتور هیسترزیس، موتوری خاص و از خانواده ماشینهای سنکرون است. تولید گشتاور بر اساس اصول پدیده هیسترزیس است.[1] از نظر طراحی ساده و از نظر عملکرد قابل اطمینان است. روتور آن نیازی به جریان القا کننده ندارد و ماده مغناطیسی بکار رفته در روتور وظیفه تولید میدان مغناطیسی را به عهده دارند. این مواد از تکنولوژی ساخت خاصی برخوردار است به همین دلیل موتورهای هیسترزیس اولیه فقط بهعنوان یک دستاورد مهندسی مطرح بودند ولی با گسترش مواد مغناطیسی جدید و برداشته شدن محدودیتهای تکنیکی، در سطوح توانهای مختلف عملیاتی شدند.
علیرغم فعالیتهای تولید فزاینده موتورهای هیسترزیس و تحلیلهای متنوع آن، کار طراحی این موتورها بیشتر بصورت یک هنر تا یک علم باقیمانده است. روشهای تحلیلی در رابطه با موتورهای هیسترزیس در مقایسه با انواع دیگر موتورها خیلی ناچیز است و عملکرد موتور آنها خوب درک نمیشود.
امروزه طراحی بهینه سیستمهای الکترومغناطیسی با توجه به قیمت رو به افزایش انرژی از اهمیت ویژهای برخوردار است. همچنین ارائه مدلهایی که بتوانند در مرحله طراحی، رفتار سیستمهای الکترومغناطیسی را بطور دقیق پیشبینی کنند بسیار مورد توجه قرار گرفته است.[4] از مواردی که در مدل کردن دقیق رفتار سیستمهای الکترومغناطیسی اهمیت دارد نحوه مدل کردن رفتار مواد مغناطیسی بکار رفته در آنها می-باشد. در این مقاله ابتدا به بررسی ساختار موتور هیسترزیس پرداخته شده است و در نهایت تشریح مدل هیسترزیس به روش جایلزآترتون و معادلات مرتبط با آن بیان شده است.
.2-1سوابق تحقیق:
مطالعه انجام شده با عنوان، بررسی کاربردهای موتور هیسترزیس. در نتیجه این تحقیق، موتور هیسترزیس آهنربای دائم مزایای هر دو موتورهای هیسترزیس و آهنربای دائم را دارد. این موتور برای کاربردهای خودرو برقی، پمپهای کمپرسور، رباتها و درایوهای صنعتی دقیق، نظیر سیستمهای ناوبری اینرسی و ثبتکنندههای ویدئویی که به عملکرد نرم و بدون سر و صدا با راندمان بالا، احتیاج دارند، بسیار مناسب است.
پژوهش انجام شده با عنوان، کنترلبرداری موتور هیسترزیس سنکرون سه فاز با تفکیک متغیرهای d و q. در نتیجه این تحقیق، کاربرد موتور هیسترزیس در سیستمهای دقیق، نظیر ناوبری اینرسی و ثبتکننده های ویدئویی مستلزم داشتن دینامیک سریع و کنترل دقیق این موتور است. سیستم کنترلبرداری، سیستم کنترلی حلقه بسته است که سبب افزایش سرعت پاسخ سیستم میشود و در واقع با استفاده از آن موتورهای جریان متناوب به صورت موتور جریان دائم در نظر گرفته میشوند.
موتورهای جریان دائم در کاربردهای بسیاری که نیاز به کنترل دقیق و دینامیک سریع پاسخ است مورد استفاده قرار میگیرند. اما با توجه به معایب بسیار موتورهای جریان دائم، نظیر هزینه زیاد تعمیر و نگهداری، استفاده از موتورهای جریان متناوب در سیستمهای درایو مورد توجه قرار گرفته است. بنابراین، روش کنترلبرداری برای بهبود عملکرد موتورهای جریان متناوب مورد استفاده قرار گرفته است.
مطالعه انجام شده با عنوان، پروژه مدلسازی و شبیهسازی موتور هیسترزیس با .matlab در نتیجه این تحقیق، اثر فوکو سبب سریعتر شدن پاسخ سرعت موتور و افزایش گشتاور راهاندازی آن میشود. موتورهای هیسترزیس از خاصیت هیسترزیس مواد مغناطیسی برای ایجاد گشتاور استفاده میشود. رتور این گونه موتورها از یک حلقه تشکیل شده است که از خاصیت مغناطیسی بسیار خوبی برخوردار است. ولی از مواد مغناطیسی نیست . استاتور این گونه موتورها شبیه موتورهای تکفاز القایی با خازن راهانداز است هرگاه استاتور به برق تک فاز وصل شود، میدان دوار شکل میگیرد و آن میدان با سرعت سنکرون میچرخد.
این میدان گردان در روتور جریان گردابی القا میکند. بخاطر پدیده پسماند میدان حاصله توسط روتور از میدان استاتور عقب است. در این گونه موتورها بخاطر پدیده هیسترزیس اختلاف زاویه آلفا بین این دو میدان بوجود میآید تا زمانی که سرعت روتور به سرعت سنکرون نرسیده است سیکل هیسترزیس تحت فرکانس لغزش در ماده روتور تکرار میشود با نزدیک شدن سرعت به سرعت سنکرون فرکانس جریان گردابی روتور کم شده و در سرعت ماده مغناطیسی روتور به صورت آهن ربای دائم کار میکند.
.2 روش تحقیق
هدف از انجام این تحقیق شبیهسازی ماشین هیسترزیس به روش جایلزآترتون میباشد. روش تحقیق توصیفی-تحلیلی و از نوع کاربردی میباشد. لذا در گام اول با استفاده از مطالعات کتابخانهای به بررسی مطالب کلی و پایه در خصوص ماشین هیسترزیس پرداخته شد. در گام دوم با مطالعه تعدادی از پایاننامهها و مقالات داخلی و خارجی انواع روشهای مختلف مدلسازی هیسترزیس مورد بررسی قرار گرفت. در گام سوم به تشریح مدل هیسترزیس به روش جایلزآترتون و معادلات مرتبط با آن پرداخته شد و نهایتا در گام چهارم با استفاده از تجزیه و تحلیل دادههای به دستآمده نتیجهگیری نهایی صورت گرفته است.
.3 یافتهها
در این بخش ابتدا مطالب کلی در خصوص موضوع مورد مطالعه ذکر شده است. برای این منظور ابتدا تئوری موتور هیسترزیس بیان شده است. سپس انواع موتور هیسترزیس بیان گردید و کاربردهای موتور هیسترزیس شرح داده شد و به تشریح روشهای مدلسازی موتور هیسترزیس پرداخته شده است. سپس به بیان مدلهای هیسترزیس مغناطیسی پرداخته شد و مدل هیسترزیس به روش جایلزآترتون و معادلات مرتبط با آن به طور مفصل تشریح گردید و در نهایت نتیجهگیری نهایی از پژوهش بیان شده است.
